考慮故障引進的軟件可靠性增長模型研究.pdf

1、軟件可靠性是軟件質(zhì)量中最重要的屬性之一。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，軟件在人類社會生活中應(yīng)用和需要實現(xiàn)的功能越來越多。軟件規(guī)模越來越大，軟件的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，特別是現(xiàn)在開發(fā)的軟件密集型服務(wù)，例如云計算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等。在這種情況下，保證發(fā)布高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品更是一件非常困難的事情。而實際生活中的用戶則希望計算機中使用的軟件可以無故障的永遠運行下去。因此，軟件可靠性成為了人們關(guān)心計算機軟件能夠安全和有效地運行的重要問題之一。
　　軟件可靠

2、性增長模型是一種實現(xiàn)軟件質(zhì)量管理的重要工具?，F(xiàn)代開發(fā)的軟件可靠性增長模型（Software Reliability Growth Models，SRGMs）中的大多數(shù)都假設(shè)故障檢測過程服從非齊次泊松過程（Non-Homogeneous Poisson Process，NHPP），其中大多數(shù)NHPP類模型又假設(shè)為完美調(diào)試軟件可靠性增長模型。由于現(xiàn)代軟件開發(fā)環(huán)境的復(fù)雜性和要求實現(xiàn)的功能越來越多，因此，當(dāng)檢測到的故障被去除時，很可能引進新的故

3、障。當(dāng)引進的故障的數(shù)量和影響不能被忽略時，研究不完美調(diào)試現(xiàn)象對建立高質(zhì)量的軟件可靠性增長模型具有重要的實際意義。已有一些研究者開始研究故障引進的相關(guān)問題，通常假設(shè)故障引進率為常量。事實上，針對故障引進的變化規(guī)律構(gòu)建相應(yīng)的軟件可靠性增長模型可以更有效的評估軟件的可靠性和更準確的預(yù)測軟件失效行為。本文除了考慮建立NHPP類的不完美調(diào)試的軟件可靠性增長模型以外，我們還考慮用隨機微分方程（Stochastic Differential Equa

4、tion，SDE）來建立相應(yīng)的不完美調(diào)試的軟件可靠性增長模型。這是因為現(xiàn)在開發(fā)的軟件密集型服務(wù)的軟件系統(tǒng)規(guī)模都比較大，每次檢測出的故障數(shù)量和最初軟件中存在的故障數(shù)量相比又比較小。在這種情況下，可以把故障檢測的過程看作是有連續(xù)狀態(tài)變化的隨機過程。
　　本文深入地研究了在軟件調(diào)試過程中，在故障引進的情況下，建立相應(yīng)的軟件可靠性增長模型。并在此基礎(chǔ)上，討論了軟件最優(yōu)發(fā)布問題和優(yōu)化選擇軟件可靠性模型的問題。本文的主要研究工作可概括為以下幾

5、個方面：
　　一、在軟件調(diào)試過程中，調(diào)試者在去除故障時，有一個學(xué)習(xí)的過程。即隨著軟件調(diào)試者排錯數(shù)量的增加，軟件調(diào)試者的經(jīng)驗越來越豐富，并且對調(diào)試的軟件有越來越深刻的理解。因此，軟件調(diào)試者引進故障的數(shù)量在整個測試時間里有先增后減的變化，即故障引進率隨測試時間有先增后減的變化。考慮到在軟件調(diào)試過程中這種情況，提出了一個基于Log-logistic分布引進故障的軟件可靠性增長模型。同時，用相關(guān)的故障數(shù)據(jù)集和模型比較標準對提出的模型和其它

6、的軟件可靠性增長模型的性能進行了相應(yīng)評估。實驗結(jié)果表明提出的模型有很好的擬合故障數(shù)據(jù)的能力和準確的預(yù)測未來軟件失效發(fā)生的能力。
　　二、由于在軟件調(diào)試過程，故障引進率受到多種因素的影響，故障引進率會隨著測試時間的變化而發(fā)生不規(guī)則變化?？紤]到故障引進率的這種變化，可以考慮用布朗運動來模擬故障引進率不規(guī)則變化的過程。故障引進率不規(guī)則變化的現(xiàn)象與實際故障引進過程是一致的。因此，本文提出了一種基于故障引進率不規(guī)則變化的軟件可靠性增長模型，

7、并用相應(yīng)的故障數(shù)據(jù)集進行了相應(yīng)的評估。實驗結(jié)果指出提出的模型在同其它多種完美和不完美可靠性增長模型相比較時，有更好的擬合故障數(shù)據(jù)和更準確的預(yù)測未來軟件失效發(fā)生能力。
　　三、在軟件調(diào)試過程中，故障引進可能表現(xiàn)為由多種規(guī)律和特征組成的變化過程。也就是說，故障引進的過程為有規(guī)律不穩(wěn)定變化的過程，故障累計引進的數(shù)量為非線性增長?？紤]到故障引進的這一特點，可以考慮建立非線性的故障內(nèi)容（總數(shù)）函數(shù)。雖然軟件在發(fā)布之前，已經(jīng)進行了大量的和充分

8、的測試和調(diào)試，但是在用戶使用軟件時，仍可能發(fā)現(xiàn)故障，而在去除故障時仍有可能引進新的故障。也就是說，測試后的軟件只能保證在現(xiàn)在的環(huán)境和條件下軟件運行不發(fā)生故障，但是不能確定以后在用戶使用的環(huán)境中不發(fā)生故障。而且，發(fā)生故障時，也不能保證是完美去除故障。因此，建立隨測試時間無限引進故障的不完美調(diào)試軟件可靠性增長模型具有一定的實際意義。在本文中，提出了一個基于故障引進不穩(wěn)定變化的軟件可靠性增長模型，它不但考慮故障引進不穩(wěn)定變化過程，而且也考慮了

9、無限引進故障的情況。實驗結(jié)果顯示提出的模型和其它軟件可靠性模型相比，有更好的擬合能力和更準確預(yù)測軟件中存在故障數(shù)量的能力。另外，軟件最優(yōu)發(fā)布時間問題也是軟件可靠性增長模型研究中一個重要問題。適時的發(fā)布軟件產(chǎn)品，不但能夠很好的為企業(yè)抓住機遇，獲得盈利創(chuàng)造良好的條件，而且，也能夠為企業(yè)降低開發(fā)成本做出重要貢獻。因此，我們也給出了相應(yīng)的用不完美調(diào)試模型來確定軟件最優(yōu)發(fā)布時間的方法。
　　四、一般來說，考慮用NHPP類來建立相應(yīng)的軟件可靠